[发明专利]基于投影变换的线阵旋转扫描相机成像模型构建方法和标定方法

权利要求书

1.一种基于投影变换的线阵旋转扫描相机成像模型构建方法，该成像模型根据相机旋转平台参数、线阵旋转扫描相机成像平面与其切平面的位置关系确定线阵旋转扫描相机原始成像平面上的像点坐标与以切平面为成像平面的虚拟框幅式图像上对应像点坐标的几何关系，从而将旋转扫描图像投影为框幅式图像，具体包括以下步骤：

步骤1，选择与原始旋转扫描线阵相机圆柱投影面相切的平面作为投影变换的虚拟框幅式成像平面；

步骤2，建立像素坐标系，相机坐标系和世界坐标系；

步骤3，根据柱面与其切平面的几何关系，以及原始线阵图像的尺寸，求出投影变换后，虚拟框幅式图像的尺寸；

步骤4，利用空间点在两个成像平面上的成像关系和成像位置，以及已知的原始线阵图像的像点坐标计算出对应点在投影变换后的虚拟框幅式图像上的像点坐标；

步骤5，根据步骤3中的正投影关系推导出逆投影公式，即将虚拟框幅式图像上的像点坐标经过逆投影得到旋转扫描线阵图像上对应的像点坐标。

2.如权利要求1所述的一种基于投影变换的线阵旋转扫描相机成像模型构建方法，其特征在于：步骤1中虚拟框幅式成像平面是与圆柱投影面相切于原始旋转扫描线阵图像中线的平面。

3.如权利要求1所述的一种基于投影变换的线阵旋转扫描相机成像模型构建方法，其特征在于：步骤3中投影变换后虚拟框幅式图像的尺寸计算公式为，

上式中，(m_r,n_r)表示原始旋转扫描图像的尺寸，分别代表一条扫描线上点的数量和扫描线的条数；α表示旋转扫描图像相邻像素间的夹角；β表示旋转扫描图像的总扫描角度；(m_f,n_f)表示投影变换后图像的尺寸。

4.如权利要求2所述的一种基于投影变换的线阵旋转扫描相机成像模型构建方法，其特征在于：步骤4中投影变换后的虚拟框幅式图像的像点坐标计算公式为，

上式中，α表示旋转扫描图像相邻像素间的夹角；(x_r,y_r)表示原始旋转扫描图像上的点坐标；(x_f,y_f)表示投影变换后框幅式图像上的点坐标；表示原始扫描图像上的像主点坐标，其中表示投影变换时的参考扫描线，表示原旋转扫描相机的像主点坐标；表示投影变换后框幅式图像的像主点坐标。

5.如权利要求3所述的一种基于投影变换的线阵旋转扫描相机成像模型构建方法，其特征在于：步骤5中逆投影变换后线阵旋转扫描图像的像点坐标计算公式为：

上式中，α表示旋转扫描图像相邻像素间的夹角；(x_r,y_r)表示原始旋转扫描图像上的点坐标；(x_f,y_f)表示投影变换后框幅式图像上的点坐标；表示投影变换时的参考扫描线，表示原旋转扫描相机的像主点坐标；表示投影变换后框幅式图像的像主点坐标。

6.一种基于投影变换的线阵旋转扫描相机标定方法，其特征在于，基于权利要求1-5任一所述权利要求中的成像模型，采用直接线性变换法和非线性优化方法进行线阵旋转扫描相机标定，具体包括如下步骤：

步骤一，使用旋转扫描线阵相机采集近景摄影测量三维控制场图像；

步骤二，采用自动提取方法或者人工提取方法获取三维控制场图像中标定点的像素坐标；

步骤三，利用成像模型将得到的原始图像标定点坐标进行投影变换，得到虚拟框幅式图像上的标定点坐标；

步骤四，利用投影变换后的标定数据，采用直接线性变换法求解相机参数；

步骤五，将步骤四中得到的相机参数和相机给定的相邻扫描线之间的夹角α作为初始值，将最小化空间点重投影误差作为优化目标，将扫描线夹角和相机外参进行联合平差，采用非线性优化方法进行迭代优化，从而得到最终的相机标定结果。